FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN

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1 DK FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Herausgegeben durch das Kultusministerium Nr.713 Dr.-lng. Ernst Menzenbach, 0.1. C. Institut für Verkehrswasserbau, Grundbau und Bodenmechanik der Technischen Hochschule Aachen Die Anwendbarkeit von Sonden zur Prüfung der Festigkeitseigenschaften des Baugrundes Als Manuskript gedruckt SPRINGER FACHMEDIEN WIESBADEN GMBH 1959

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3 G 1 i e der u n g Teil I: Der Entwicklungsstand der Sondierverfahren und vorliegende Auswertungen für Sondierungen Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen und Fachausdrücke Vorwort 1. Einleitung 2. Einteilung der Sondierverfahren 2.1 Rammsondierungen 2.2 Drucksondierungen 2.3 Drehsondierungen 3. Wirtschaftlichkeitsvergleich einiger Sondentypen 4. Auftragung der Sondierergebnisse 5. Hinweise für die Auswertung von Sondierdiagrammen 6. Die heutigen Anschauungen über die Auswertung von Sondierungen Die Ermittlung der zulässigen Bodenpressung 6.2 Die Ermittlung der zulässigen Pfahlbelastung S. 6 S. 9 S. 11 S. 14 S. 14 S. 24 S. 34 S. 36 S. 38 S. 39 S. 40 s. 40 s. 50 Teil II: Die Ergebnisse von Sondierungen und ihre Auswertung 1. Allgemeine Gesichtspunkte zur Eichung der Sonden S Messun'ren S Einteilung der Böden S Auswertung von Sondierungen in sandigen und kiesigen Böden S BOdenmechanische Eigenschaften der sandigen und kiesigen BÖden 4.2 Störungen und Fehlerquellen bei der Entnahme von Proben aus sandigen und kiesigen Böden 4.3 Zusammenhang zwischen dem Eindringwiderstand der Sonden und dem Verdichtungsverhältnis sandiger Böden 4.4 Vergleich der Versuchsergebnisse mit den Ergebnissen von Schubert und vom Bureau of Reclamation S. 65 S. 11 s. 15 S. 84 Seite 3

4 4.5 Zusammenhang zwischen dem Eindringwiderstand der Sonden und der Zusammendrückbarkeit sandiger und kiesiger Böden 4.51 Allgemeines 4.52 Spannungs- und Verformungsverhältnisse unter der Sondenspitze Die Ermittlung der Zusammendrückbarkeit aus dem Kompressionsversuch 4.54 Weitergehende Gruppierung der sandigen und kiesigen Böden 4.55 Zusammenhang zwischen der Schlagzahl der Standardsonde und der Zusammendrückbarkeit 4.56 Die Berechnung mathematischer Beziehungen durch statistische Auswertungsverfahren 4.57 Die Ergebnisse der Korrelationsrechnung für den Zusammenhang zwischen der Schlagzahl und der Steife zahl 4.6 Vergleich der Sondierergebnisse verschiedener Sondentypen in Sand und Kies 4.61 Einfluß der Mantelreibung 4.62 Einfluß der Spitzenforrn 4.63 Einfluß der Sondiergeschwindigkeit 4.64 Einfluß der Gestängelänge 4.65 Kritik an den Rammformeln 4.66 Verhältnis des Eindringwiderstandes verschiedener Sonden 5. Auswertung von Sondierungen in schluffigen Böden 5.1 Die Eichung der Sonden an der Konsistenz und der Zusammendrückbarkeit schluffiger Böden 5.2 Vergleich der Ergebnisse verschiedener Sonden typen in schluffigen Böden 5.21 Einfluß der Mantelreibung 5.22 Einfluß der Gestängelänge 5.23 Einfluß der Sondiergeschwindigkeit S. 86 S. 86 S. 88 S. 89 S. 91 S. 95 S. 97 S. 99 S. 107 S. 108 S. 110 S. 111 S. 111 S. 112 S. 113 S. 120 S. 120 S. 129 S. 129 S. 130 S Auswertung von Sondierungen in tonigen Böden 6.1 Die Eichung der Sonden an der Konsistenz, der Zusammendrückbarkeit und der Zylinderdruckfestigkeit toniger Böden S. 133 S. 133 Sei te 4

5 6.2 Vergleich der Ergebnisse verschiedener Sondentypen in tonigen Böden 7. Vergleich der Ergebnisse verschiedener Sondentypen in organischen Böden 8. Die Berechnung der Setzung unter Fundierungen mit Hilfe von Sondierergebnissen 9. Überprüfung der zwischen dem Eindringwiderstand der Sonden und der Zusammendrückbarkeit des Bodens abgeleiteten Beziehungen durch Setzungsmessungen an Bauwerken 10. Die Festlegung der zulässigen Bodenpressung aufgrund von Sondierungen 11. Die wirtschaftliche Bedeutung des neuen Auswertungsverfahrens für die Gründungstechnik 12. Der Einfluß der geologischen Vorbelastung auf das Sondierergebnis 13. Zusammenfassung Literaturverzeichnis Anhang S. 135 S. 136 S. 138 S. 142 S. 166 S. 166 S. 170 S. 173 S. 175 S. 187 Sei te 5

6 Verzeichnis der Formelzeichen und Fachausdrücke Maßeinheit A, B, B C C c C1 C" <. D D v D r E E s F G H I K N P PI Qdyn R S U V W a, a', a" c Porenwasserdruckparameter Konstante in GI. (62) Zusammendrückbarkeit der Kornstruktur Konstante in GI. (40) Konstante in GI. (40) Durchmesser Verdichtungsverhältnis relative Dichte Elastizitätsmodul Steife zahl Fläche Gewicht, Fallgewicht Höhe Einflußbeiwert Konsistenzzahl Schlagzahl der Standardsonde Einzellast Plastizitätszahl dynamischer Eindringwiderstand Schlaggewicht Wassersättigungsgrad des Bodens Ungleichförmigkeitsgrad Volumen Widerstand Konstanten Kohäsion cm 2.Einheitsschlagzahl cm, mm % % 2 kg/cm 2 kg/cm 2 cm kg cm % SChläge/30 cm t, kg % kg kg % cm 3 t, kg kg/cm 2 Seite 6

7 Maßeinheit e Eindringung pro Hitze cm/schlagzahl f Mantelreibung kg/cm 2 s h Fallhöhe cm Streuungs zahl in GI. (9) I Länge, Be zugs trecke cm m Querdehnungszahl n Schlagzahl der schweren Rammsonde Schläge/20 cm no' n d p natürliches Porenvolumen % Porenvolumen in lockerster und dichtester Lagerung % Druck kg/cm 2 p' wirksamer lotrechter Druck kg/cm 2 pw Porenwasserdruck kg/cm 2 r Korrelationskoeffizient s Setzung cm s' bezogene Setzung % SE mittlerer Fehler der Einzelmessung in GI. (55) kg/cm 2 t Tiefe m, cm t Grenztiefe m 0 v Steifezahlbeiwert Fehler in GI. (41), kg/cm 2 w in GI. (24) und GI. (25) % Spitzendruck der Druckdose kg/cm 2 w a Wassergehalt an der Ausrollgrenze % w f Wassergehalt an der Fließgrenze % w n natürlicher Wassergehalt % x, y, z Koordinaten Seite 7

8 Maßeinheit oe,\{' Winkel Grad 6 \,andrei bungswinkel Grad r Raumgewicht t/m3 ). Erddruckbeiwert A O lir Il Ruhedruckbeiwert Sicherheitsfaktor Poisson-Zahl 51 Reibungswinkel Grad (; Spannung kg/cm 2. <;' wirksame Spannung kg/cm 2 (;7,6'2,6'3' Hauptspannungen kg/cm 2 1: Scherspannung kg/cm 2 Se i te 8

9 Vorwort Obwohl Sonden aller Art seit einigen Jahren in immer stärkerem Maße zu Baugrunduntersuchungen eingesetzt werden, bestehen bis heute grundsätzliche Unklarheiten darüber, wie die Ergebnisse von Sondierungen auszulegen sind. Im Jahre 1954 wurde daher im Institut für Verkehrswasserbau, Grundbau und Bodenmechanik der Technischen Hochschule Aachen eine Forschungsarbeit mit dem Ziel begonnen, die beim jahrelangen praktischen Einsatz von Sonden gesammelten Ergebnisse auszuwerten und zu prüfen, inwieweit derartige Geräte verläßliche Angaben über die Eigenschaften des Baugrundes liefern können, welche Eigenschaften dies sind, wo sie versagen und worauf dies zurückzuführen ist. Im Rahmen der Forschungsarbeit sollten außerdem ergänzende Untersuchungen mit verschiedenen Sondentypen vorgenommen werden, um zu klären, welches Gerät den gestellten Anforderungen am besten gerecht wird. Die Forschungsarbeit wurde mit Mitteln des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums des Landes Nordrhein-Westfalen und der Deutschen Forschungsgemeinschaft durchgeführt. Die das bereits vorliegende Material ergänzenden Feldversuche mit verschiedenen Sondentypen wurden von meinem früheren Assistenten, Herrn Dipl.-Ing. Hans KNAUSENBERGER, geleitet und überwacht, der auch an der Entwicklung der in meinem Institut verwendeten Sondiergeräte beteiligt war. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in den Anlagen enthalten. Nachdem Herr KNAUSENBERGER eine Stellung in der Privatwirtschaft angetre~en hatte, habe ich meinen Assistenten, Herrn Dr.-Ing. Ernst MENZENBACH, gebeten, die weitere Bearbeitung, insbesondere die wissenschaftliche Auswertung der gesammelten früheren Meßergebnisse und ihre Ergänzung, zu übernehmen und damit den Forschungsauftrag zum Abschluß zu bringen. Tatkräfti~e Unterstützung hat die Arbeit von Seiten der interessierten Industrie durch di~ Gestellung von Hilfskräften, Transportmitteln u.ä. erfahren. Hier gebührt Dank den Gemeentewerken Rotterdam, der Braunkohlen- und Brikettwerke Roddergrube AG., Brühl Bez. Köln, der Preussischen Elektrizitäts Aktiengesellschaft,Abt. Borken, der Rheinischen Braunkohlenindustrie AG., Köln und der Firma Schöttle & Schuster AG., Köln. Weitere Unterstützung erfuhren die Untersuchungen durch Herrn Oberregierungsbaurat SIEDEK, Abt. Baugrund der Bundesanstalt "für Straßenbau, Köln und seinen ehemaligen Mitarbeiter, Herrn Dipl.-Ing. F.J.DUCKER. Seite 9

10 Es sei ferner Herrn Professor GEUZE, Laboratorium voor Grondmechanica, Delft, der Firma Bauunternehmung Brunner & Co., Zürich, der Firma Frankipfahl Baugesellschaft mbh., Düsseldorf, der Firma Bauunternehmung Dr.-Ing. Paproth & Co., Krefeld und der Firma Stump, Bohr-Ag., Zürich, gedankt, die ihre Sondiergeräte zu Vergleichsversuchen zur Verfügung gestellt haben. Professor Dr.-Ing. E. SCHULTZE Seite 10